汽油機汽車排氣系統(tǒng)設(shè)計及制造工藝簡析

本文格式為Word版，下載可任意編輯——汽油機汽車排氣系統(tǒng)設(shè)計及制造工藝簡析隨著我國汽車整車三包周期及客戶對汽車品質(zhì)的要求不斷提升。對開發(fā)整車及排氣系統(tǒng)NVH性能要求更高，也對排氣系統(tǒng)供應(yīng)商的設(shè)計開發(fā)及生產(chǎn)制造能力提出了更高的要求。本文通過對汽車汽油發(fā)動機排氣系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)、制作經(jīng)驗以及汽車生產(chǎn)企業(yè)的要求，從開發(fā)設(shè)計輸入信息要求、設(shè)計計算、結(jié)構(gòu)、布置及材料等綜合進行簡單介紹。

汽車排氣系統(tǒng)

汽車排氣系統(tǒng)是汽車發(fā)動機動力總成的主要部件，它的主要作用是使發(fā)動機排出的廢氣順暢的通過排氣系統(tǒng)，低噪聲、低排放的排入大氣。它的性能好壞直接影響廢氣排放指標、整車的舒適性及可操控性。是影響整車的加速性能、排放、NVH等主要因素。

1汽車排氣系統(tǒng)的初步設(shè)計

排氣系統(tǒng)主要包括：熱端的排氣歧管總成、催化器總成及冷端的排氣管總成、消聲器總成等主要部件。

排氣系統(tǒng)的設(shè)計輸入信息：（1）汽車發(fā)動機排量、規(guī)格參數(shù)：用于排氣管管徑及消聲器溶劑的設(shè)計計算。（2）車身、底盤、油箱等數(shù)模：用于確定排氣系統(tǒng)管路走向、消聲器的布置及吊掛位置的初步設(shè)置。（3）發(fā)動機原始廢氣排放值：用于初步確定三元催化轉(zhuǎn)化器的貴金屬的含量及配方比例。（4）發(fā)動機噪聲頻譜及發(fā)動機GT主模型：用于排氣系統(tǒng)消聲器的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。

2主要排氣系統(tǒng)部件總成解析

2.1發(fā)動機排氣歧管

排氣歧管的功能作用是：把發(fā)動機多個發(fā)動機出氣口排出的高溫廢氣。使其氣體滾動均勻的匯集到同一管中。

設(shè)計需根據(jù)發(fā)動機各主要參數(shù)及模型，采用一維熱力學計算選取適合的排氣歧管管徑、各個支管管長、總管的管徑、各個氣缸的歧管如何連接等。由于發(fā)動機艙空間較為緊湊，需根據(jù)發(fā)動機布置的空間合理布置歧管的走向及后法蘭位置、角度等。

滿足各缸之間的排氣順暢及均勻性、排氣背壓小、避免各缸排氣相互干擾，無明顯的回流及渦流現(xiàn)象等，為減少各缸排氣干擾，如4缸發(fā)動機尋常點火次序1、3、4、2，可設(shè)計成1-4和2-3支管交匯后入總管或采用一致等長度支管交匯后入總管等，這樣的歧管比較繁雜，基本不存在各缸相互影響的問題。

由于其緊靠發(fā)動機出口，工作溫度在900度以上，為確保其在汽車長期行駛的各種惡劣狀況下，排氣歧管不出現(xiàn)漏氣、斷裂的狀況。須選用耐高溫性能強的金屬材料.歧管與發(fā)動機之間需要設(shè)計支架支撐連接，降低歧管的震動避免發(fā)生斷裂?？紤]到發(fā)動機倉及歧管周邊的溫度場要求?？稍谂艢馄绻艿纳舷聝蓚?cè)設(shè)計隔熱罩，采用鍍鋁薄板或成型鋁薄板。

主要材料：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、硅鉬球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、高鎳球鐵等，主要工藝采用：整體毛坯鑄造工藝，機械精加工兩端法蘭平面.鑄鐵的歧管結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，性能一般。

另采用SUS429、SUS441鐵素體不銹鋼材料的薄板及管式歧管。

主要加工工藝有：零件制作采用歧管、法蘭均沖壓：薄板蚌殼式歧管與薄板法蘭：薄板法蘭、管連接工藝，歧管總成采用308L、409Ti焊絲的焊接工藝：不銹鋼歧管性能好，設(shè)計、結(jié)構(gòu)繁雜，成本較高；

2.2三元催化轉(zhuǎn)化器

三元催化轉(zhuǎn)化器主要由：前后法蘭、連接納、催化器本體組成，其核心部件為催化器本體，主要由：殼體＼襯墊＼載體觸媒.三部分組成.根據(jù)殼體封裝形式主要分為：蚌殼式、旋壓式、扣蓋式等。載體可分為：金屬載體、陶瓷載體。

三元催化轉(zhuǎn)化器是汽車重要的環(huán)保法規(guī)件，其作用是載體觸媒對發(fā)動機排出的廢氣二次燃燒，促使碳氫化合物（NC）、一氧化碳（CO）及氮氧化合物（NOX）三種主要有害氣體與載體涂覆的貴金屬鉑：銠：鈀（Pt：Pd：Rh）進行氧化、還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化生成：H2O水（蒸汽）及二氧化碳CO2等物質(zhì).其性能指標主要有：轉(zhuǎn)化效率、起燃溫度等.

催化器載體觸媒需要根據(jù)執(zhí)行的法規(guī)排放標準值、發(fā)動機的排量及初始排放值（CO、NC、NOX）等信息設(shè)計載體規(guī)格及容積、觸媒貴金屬涂敷比例、涂敷量等，并通過發(fā)動機臺架及實車路試等方法對觸媒新鮮、老化狀態(tài)做相關(guān)的排放試驗。

催化器端錐的錐度（≤45°）及形狀對氣體滾動均勻性、排氣背壓及催化器反應(yīng)效果有著至關(guān)重要的影響。

現(xiàn)階段的國IV、國V，階段，催化器的位置緊鄰排氣歧管.多采用雙級催化器，觸媒為：600、400目陶瓷載體，殼體材料主要為：前級SUS441及后級SUH409L，襯墊采用3M：1101型（非膨脹型）、1443+100型（包邊型）及100型。

2.3排氣系統(tǒng)冷端：排氣管、消聲器

排氣系統(tǒng)冷端主要由排氣連接納總成、消聲器總成組成。是汽車主要降低排氣系統(tǒng)排放噪音的功能及法規(guī)件，需要根據(jù)汽車底盤空間位置、發(fā)動機排量及發(fā)動機頻譜等輸入信息，初步設(shè)計排氣連接納、消聲器的布置、數(shù)量、容積及仿真設(shè)計主要結(jié)構(gòu)性形式。消聲器的主要結(jié)構(gòu)工藝形式有：蚌殼式（咬口、焊接）、卷點式、縱咬盒蓋式、筒體旋壓式等。為了降低排氣系統(tǒng)振動噪聲及與行駛中的整車的產(chǎn)生共振，尋常會在消聲器筒體及隔板強度較弱部位增加加強筋。為降低消聲器輻射噪聲，可在消聲器筒體外包裹吸音棉及隔熱罩。須通過采用消聲室結(jié)合發(fā)動機臺架及實車路試等方法對排氣系統(tǒng)冷端做相關(guān)的試驗驗證及權(quán)威機構(gòu)的試驗檢測。

排氣系統(tǒng)冷端較長，通過車底盤、橫梁、油箱、傳動軸等部件。為了避免汽車運行過程中排氣系統(tǒng)與之發(fā)生干擾及碰撞。尋常設(shè)計布置排氣系統(tǒng)與這些部件的位置間距不小于50mm。且汽車滿載時排氣系統(tǒng)最低位置處距地面高度需大于整車的最小通過高度，為了減少震動傳遞及制造誤差避免后端處發(fā)生干擾。設(shè)計時尋常會在冷端排氣前法蘭采用：球面墊圈彈簧緊固鏈接或靠近前端法蘭處加撓性節(jié)鏈接的方式。

排氣系統(tǒng)的主要材料：管多采用；SUH409L、SUS436鐵素體不銹鋼。

消聲器筒體多采用；SUH409L、SUS436L、SUS439L鐵素體不銹鋼，高端車型采用：SUS301、SUS304奧氏體不銹鋼。

隨著催化器凈化效率的提升，汽車使用過程中生成的酸性溶液不斷增多，且簡單積存于消聲器中，不易排出，尋常在設(shè)計之中會考慮采用出氣管口位置